基於物聯網的農業大棚信息感知係統設計
學術研究
作者：趙建強
摘 要：為提高農業生產的智能化水平，通過對農業物聯網的研究，基於物聯網透徹感知、可靠傳輸和智能處理作用的特點，研發設計了農業大棚信息感知係統。整個係統由傳感器、現場控製節點、GPRS無線網絡和智能監測管理係統組成。詳細描述了係統數據采集模塊的軟件功能、服務器通信協議、數據處理流程和Web智能監控係統功能。該係統在農業園區的部署運行表明，係統性能穩定可靠，易於使用，擴展維護方便，具有較高的推廣應用價值。
關鍵詞：物聯網；傳感器；GPRS；Web
中圖分類號：TP18 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2015）09-00-02
0 引 言
隨著物聯網技術的快速發展和不斷成熟，物聯網技術為現代農業發展帶來了新的發展模式和支撐技術。物聯網具有全麵感知，可靠傳送和智能處理三大特征。物聯網技術可利用其“感知，傳輸和控製”為農業提供智能信息技術。
在物聯網技術的支撐和推動下，出現了智能農業和精準農業的概念。精準農業通過農業地理信息係統（GIS）、農業專家係統（ES）、遙感監測係統（RS）和全球定位係統（GPS）等自動化控製係統的應用，精確調整土壤的施肥、濕度、用藥等，最大限度的降低農業資源消耗，提高產量，降低環境汙染，節約成本，達到環境、資源、經濟協調可持續發展。
農業大棚是精準農業中的核心要素，要實現農業生產的精準和智能，必須解決大棚中環境監測和控製的問題，傳統依靠人力監測和控製的方法存在費時費力，低效以及人對環境影響等問題。本文基於物聯網技術設計構建了農業大棚信息感知係統，並通過在大棚內部署各類無線傳感器和網絡傳輸設備，實時采集大棚內的空氣溫濕度、土壤溫濕度、光照、二氧化碳濃度等數據，再上報到網關節點，通過無線網絡傳輸到遠程管理端，使管理者可以利用手機或遠程計算機實時監測農作物現場的環境狀態信息，並且可以根據監測數據遠程開啟或關閉指定的調節設備（如遮陽簾、澆灌係統、風機、加熱器等），調節大棚中農作物的生長條件，實現遠程智能化管理。
1 信息感知係統的功能架構
農業大棚信息感知係統總體分為三層網絡結構。圖中最底層是最末端，也是無線傳感器節點，數據傳輸層采用CDMA/GPRS無線網絡，最上層的管理控製基於互聯網絡。末端的傳感器節點基於ZigBee無線通信協議組網。ZigBee是一種短距離無線通信協議，具有功耗低，自組織網，部署靈活和低成本的特點，非常適用於農業數據信息的采集。數據傳輸層由各網關節點（彙聚節點）和CDMA/GPRS無線網絡組成，負責傳感器節點采集信息的收集、存儲和傳輸，同時負責上層指令的收發，遠程參數設置等功能。最上層的管理控製端構建在互聯網上，由數據服務器、Web管理控製應用服務和各個客戶端組成，服務器負責實時接收來自各網關節點的信息，完成數據的解析和存儲。Web管理控製應用服務實現各傳感器節點數據的分析、彙總、查詢、統計和圖表展示以及遠程指令的下達。這樣，授權用戶無論在何時何地，隻要登錄係統就可以實時查看各大棚的情況，並可以通過Web的方式控製大棚中的滴灌、卷簾門、溫度、遮陽簾等設備，實時調整大棚中作物的生長環境。
2 係統設計
2.1 終端數據采集設計
終端數據采集就是利用部署在農業大棚中的各類傳感器，周期性地采集土壤的溫濕度、大氣溫濕度、光照強度和二氧化碳濃度等數據，並將采集的數據通過ZigBee協議或串行接口傳輸到現場控製節點（網關節點），現場控製節點（網關節點）對數據處理後通過GPRS/CDMA等無線網絡將數據上傳到服務器。